Development of molecular ropes that generate tension by chemical reactions

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K21214
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 35:Polymers, organic materials, and related fields
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: Inokuma Yasuhide 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (80555566)
• Project Period (FY): 2020-07-30 – 2023-03-31
• Keywords: ポリケトン / 大環状化合物 / 歪み化合物 / 張力 / ポルフィリン

Outline of Final Research Achievements

Macrocyclic polyketone compounds composed of an acetylacetone derivative have been developed to generate strained (tense) macrocyclic porphyrinoids, calix[3]pyrrole and its derivatives. Because calix[3]pyrroles are highly strained due to small ring size and steric repulsion of inner NH protons, these compounds underwent strain-induced ring-expansion reaction to quantitatively give calix[6]pyrrole analogues under acidic conditions. Furthermore, incorporation of different heteroaromatic rings in the calix[3]pyrrole system enabled synthetic access to larger calix[n]pyrrole analogues using the strain-induced ring-expansion reaction.

Free Research Field

構造有機化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

分子ひもの張力が引き出す新しい化学反応として、ポリケトン分子ひもから合成されたCalix[3]pyrroleおよびその類縁体の歪み誘起環拡大反応を発見するに至った。この反応によって得られる高次Calix[n]pyrrole化合物は、アニオンの捕捉を通してイオン交換樹脂やセンサーなど様々な応用用途が知られている有益な大環状化合物である。本研究における張力を発現する分子ひもから得られた発見は、そのようなアニオン捕捉分子を高選択的かる効率的に合成する手法の確立に繋がったと考えられる。